JP2008503681A - 内燃機関用の複合式のピストン - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用の複合式のピストン（１）であって、燃焼凹部（８）を備えた上側部分（４）と下側部分（５）とから成っており、該下側部分（６）が、ピストン長手方向軸線（３１）に対して同軸的に配置されたねじ（６）を用いて上側部分（４）とねじ結合されている形式のものに関する。このような形式の複合式のピストンにおいて本発明の構成では、ねじ（６）が、ピストン内側に六角形孔（６′）を備え、かつピストン上側にヘッド（６′′）を備えたねじ山付ピンとして形成されており、しかもヘッド（６′′）が燃焼凹部（８）の底部の一部を形成していて、ねじ結合された状態において燃焼凹部（８）の底部と同一平面を成している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の内燃機関用の複合式のピストンに関する。

上側部分と、この上側部分に六角ねじを用いてねじ結合された下側部分とを備えた複合式のピストンは、従来技術から一般的に公知であり、例えばＤＥ３２４９２９０Ｔ１に記載されている。この場合六角ねじのねじ頭は通常、ピストン内側に位置しており、その結果、必然的に、上側部分に雌ねじ山を備えた盲孔が設けられており、これによって上側部分と下側部分とを互いにねじ結合することができる。その結果次のような不都合が生じる。すなわちこの公知の構成では、盲孔及びねじ頭のための所要スペースが比較的大きいので、ピストンのコンプレッションハイトも比較的大きな値を有することになり、ひいてはピストン全体が、かなり大きな軸方向の全長を有することになる。

ゆえに本発明の課題は、上に述べた従来技術における欠点を排除し、可能な限り小さなコンプレッションハイトと可能な限り小さな軸方向の全長とを備えた複合式のピストンを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、複合式のピストンが請求項１の特徴部に記載のように構成されている。本発明のように構成されたピストンには、付加的に次のような利点が得られる。すなわち本発明によるピストンでは、使用される六角形孔付ねじは、比較的大きなねじ山直径を有しており、これによってねじ山ピッチの角度が減じられ、ひいてはねじ山結合部の強度が改善される。さらにこれによって、支持のために働くねじ山面積が増大し、その結果ねじ山結合部の強度はさらに改善される。それというのは、これによってねじ及び該ねじを受容するねじ山付孔のねじ山面が剪断されるおそれが減じられるからである。

本発明の別の有利な構成は請求項２以下に記載されており、ピストン下側部分は皿ばね状に弾性的に変形可能な領域を有していて、この領域に、六角形孔付ねじのためのねじ山が一体に加工されており、その結果これによって六角形孔に予負荷もしくはプレロードが加えられ、これは、ねじ山結合部の強度をさらに改善するために役立つ。

次に図面を参照しながら本発明の１実施例を説明する。

図１は、上側部分と下側部分とから成る複合式のピストンを、互いに９０°ずらして破断して示す縦断面図である。

図１には複合式のピストン１が示されており、この場合ピストン１の左半部は、ボス孔３の長手方向軸線２に沿ってピストン１を断面した図であり、右半部は、それに対して９０°回動させられたピストン１の断面図である。ピストン１は上側部分４と下側部分５とを有しており、両部分４，５は、六角形孔６′と、この六角形孔６′とは反対の側における平滑なヘッド６′′とを備えた真ん中に配置されたねじ山付ピン６を用いて、互いに結合されており、これによってねじ山付ピン６の六角形孔６′はピストン内側に位置することになる。ねじ山付ピン６のヘッド６′′はこの場合、雄ねじ山３８よりも大きな直径を有している。ヘッド６′′と雄ねじ山３８との間にねじ山付ピン６は伸張領域３９を有しており、この伸張領域３９は、雄ねじ山３８に対して減じられた直径を有している。

ピストン１の上側部分４及び下側部分５は、有利には、鍛造された鋼から製造される。しかしながらまた上側部分４を鋼から製造し、下側部分５をアルミニウムから製造すること、もしくは上側部分４を鍛造されたアルミニウムから製造し、かつ下側部分を鋳造されたアルミニウムから製造することも可能である。

円筒形の上側部分４はピストン頂部７を形成しており、このピストン頂部７には回転対称的な燃焼凹部８が成形されている。上側部分４の半径方向外側に位置する周面は、リング部分９として形成されており、このリング部分９は、図示されていないピストンリングを受容するための３つのリング溝１０，１１，１２を有している。上側部分４の、ピストン頂部７とは反対側の下側は、半径方向外側に環状の切欠き１３を有しており、この切欠き１３は、下側部分５の、ピストンヘッド側の対応する切欠き１４と一緒に、リング状の外側の冷却通路１５を形成しており、この冷却通路１５は、半径方向外側において、ピストン頂部７に一体成形されたリング壁２９によって画成されている。

半径方向内側において外側の冷却通路１５は、一部を、上側部分４の下側に配置されたリングフランジ１６によって画成され、かつ一部を、下側部分５の上側に配置されたリングリブ１７によって画成されており、この場合ピストン１の上側部分４と下側部分５とは、リングフランジ１６及びリングリブ１７を介して互いに接触もしくは支持している。さらにリングフランジ１６は第１の支持面１８を有し、かつリングリブ１７は第２の支持面１９と有しており、両支持面１８，１９を介してリングフランジ１６とリングリブ１７とは互いに接触している。

リングフランジ１６の半径方向内側において上側部分４はその下側に、別の環状の切欠き２０を備えており、この切欠き２０は、下側部分５の上側に成形された対応する別の切欠き２１と共に、内側のリング状の冷却通路２２を形成している。そして外側の冷却通路１５はオイル流入開口２３を介してピストン内室２４と接続され、かつオイル通路２５を介して内側の冷却通路２２と接続されている。内側の冷却通路２２はオイル流出開口２６を介してピストン内室２４と接続されている。ピストン１を冷却するためにオイルは、図示されていないオイル流入開口を介して外側の冷却通路１５内に噴射され、所定の時間経過後にオイル通路２５を介して内側の冷却通路２２内に達し、オイル流出開口２３，２６を介して再びピストン内室２４内に戻る。

ピストン１の下側部分５は、互いに向かい合って位置していて断面図で見て台形をした２つのピンボス２７，２７′から成っており、両ピンボス２７，２７′は各１つのピン孔３，３′を備えており、両ピン孔３，３′は、互いの間に、連接棒（図示せず）の上側部分がスペースを得られるような間隔をおいて配置されている。さらに下側部分５は、ピンボス２７，２７′を互いに結合するスカートエレメント３２，３２′を有している。ピストン頂部側において下側部分５は、半径方向外側に、断面図で見て方形の環状のカラー２８を有しており、このカラー２８は、ピストン頂部とは反対側のリング壁２９の端面において半径方向内側に配置された切欠き３０に、嵌合しており、その結果ピストン１の組立て時に下側部分５はカラー２８と切欠き３０とを介して案内され、上側部分４に対してセンタリングされる。

下側部分５の、ピストン頂部側の上側面において、半径方向内側に向かってカラー２８には切欠き１４とリングリブ１７と別の切欠き２１とが接続しており、切欠き１４は、上側部分４の切欠き１３と共に外側の冷却通路１５を形成し、別の切欠き２１は、上側部分４の別の切欠き２０と共に内側の冷却通路２２を形成している。この別の切欠き２１は、ピストン下側部分５に一体成形されていて、ピストン内室２４と切欠き２１との間には薄壁の領域３３が設けられ、この領域３３は皿ばね状に弾性的に形成されている。

ピストン１の軸線３１に対して同軸的にピストン頂部７には、ねじ山付ピン６の雄ねじ山３８の直径よりも幾分大きな直径を有する連続した孔３４が設けられている。この孔３４は、ピストン頂部側に配置された環状の切欠き３５を有しており、この切欠き３５は、ねじ山付ピン６のヘッド６′′の直径よりも僅かに許容誤差程度だけ大きな直径を有しており、切欠き３５の横断面は、上側部分４と下側部分５とのねじ結合時に切欠き３５がねじ山付ピン６のヘッド６′′を受容するために働くことができるように、ヘッド６′′の横断面に相当している。

下側部分５の上側、つまり弾性的に可撓性の領域３３には、雌ねじ山３７を備えた貫通孔３６が成形されていて、この雌ねじ山３７は、ねじ山付ピン６がその雄ねじ山３８を介して貫通孔３６にねじ込まれ得るように形成されている。

ねじ結合のためにまず初めに上側部分４は、ピストン１の上側部分と下側部分とが互いに規定された相対位置に配置されるように、下側部分５の上に載設される。次いでねじ山付ピン６が上から上側部分４の孔３４に導入され、下から六角棒レンチを用いて、雌ねじ山３７を備えた貫通孔３６内にしっかりとねじ固定される。貫通孔３６の両側においてこの際に生じる領域３３の皿ばね状の変形は、ねじ山付ピン６に対して作用する予負荷もしくはプレロード（Vorspannung）を高め、これによってねじ結合部の強度を改善する。

ねじ結合部の強度はさらに次のことによっても改善される。すなわち、ねじ山付ピン６の雄ねじ山３８が構造的な条件に基づいて、通常使用されるねじ頭及びねじシャフトを備えた六角ねじよりも、大きな直径を有していることによって、ねじ結合部の強度がさらに改善される。ねじ長さ当たりの螺条の数が同じ場合、ねじ山直径の増大によってねじ山ピッチの角度は小さくなる。一般的にねじ結合部の強度は、ねじ山ピッチの角度が小さくなればなるほど、大きくなるので、これによって、本発明によるねじ結合部の強度はさらに改善される。

さらに、ねじ山直径の増大は、ねじ及び該ねじを受容するねじ山付孔の、支持のために働くねじ山面積の増大をも意味する。これによって、ピストンにおける大きな負荷時にねじ山面が剪断するおそれが減じられ、これによって大きなピストン損傷及び機関損傷が回避される。

上側部分と下側部分とから成る複合式のピストンを、互いに９０°ずらして破断して示す縦断面図である。

符号の説明

１ ピストン、 ２ 長手方向軸線、 ３，３′ ボス孔、 ４ 上側部分、 ５ 下側部分、 ６ ねじ、ねじ山付ピン、 ６′ 六角形孔、 ６′′ 六角形孔６′とは反対側に位置するヘッド、 ７ ピストン頂部、 ８ 燃焼凹部、 ９ リング部分、 １０，１１，１２ リング溝、 １３，１４ 切欠き、 １５ 外側の冷却通路、 １６ リングフランジ、 １７ リングリブ、 １８ 第１の支持面、 １９ 第２の支持面、 ２０，２１ 切欠き、 ２２ 内側の冷却通路、 ２３ オイル流出開口、 ２４ ピストン内室、 ２５ オイル通路、 ２６ オイル流出開口、 ２７，２７′ ピンボス、 ２８ カラー、 ２９ リング壁、 ３０ 切欠き、 ３１ ピストン１の軸線、 ３２，３２′ スカートエレメント、 ３３ ピストン内室２４と切欠き２１との間における領域、 ３４ 孔、 ３５ 切欠き、 ３６ 貫通孔、 ３７ 雌ねじ山、 ３８ ねじ山付ピン６の雄ねじ山、 ３９ ねじ山付ピン６の伸張領域

Claims (2)

1. 内燃機関用の複合式のピストン（１）であって、
   燃焼凹部（８）を備えていてピストン頂部（７）を形成する上側部分（４）と、ピストン長手方向軸線（３１）に対して同軸的に配置されたねじ（６）を用いて上側部分（４）にねじ結合されている下側部部分（５）とから成っており、
   上側部分（４）が、ピストン頂部とは反対側の下側に配置されていてピストン長手方向軸線（３１）に対して回転対称的に環状の切欠き（２０）を備えており、
   下側部部分（５）が、下側に互いに間隔をおいて配置されていて各１つのボス孔（３，３′）を備えた２つのピンボス（２７，２７′）と、
   両ピンボス（２７，２７′）を互いに結合するスカートエレメント（３２，３２′）と、
   上側に配置されていてピストン長手方向軸線（３１）に対して回転対称的に環状の切欠き（２１）とを備えており、該環状の切欠き（２１）が上側部分（４）の切欠き（２０）と共に内側の冷却通路（２２）を形成している形式のものにおいて、
   ピストン長手方向軸線（３１）に対して同軸的に上側部分（４）に、ピストン頂部側の環状の切欠き（３５）を備えた連続した孔（３４）が設けられていて、該環状の切欠き（３５）が孔（３４）に比べて大きな直径を有しており、
   ピストン長手方向軸線（３１）に対して同軸的に下側部部分（５）に、雌ねじ山（３７）を備えた貫通孔（３６）が設けられていて、該雌ねじ山（３７）の直径が、連続した孔（３４）の直径よりも僅かに小さく設定されており、
   ねじが、雌ねじ山（３７）と同じ雄ねじ山（３８）と、ピストン内側における六角形孔（６′）と、ピストン頂部側に切欠き（３５）に対する相補形状を有するヘッド（６′′）とを備えたねじ山付ピン（６）として形成されており、さらにヘッド（６′′）が燃焼凹部（８）の底部の一部を形成していて、ねじ結合された状態において燃焼凹部（８）の底部と同一平面を成していることを特徴とする、内燃機関用の複合式のピストン。
2. 切欠き（２１）がピストン下側部部分（５）に成形されていて、薄壁の領域（３３）がピストン内室（２４）と切欠き（２１）との間に存在していて、該領域（３３）が皿ばね状に弾性変形可能であり、かつ雌ねじ山（３７）を備えた貫通孔（３６）を有している、請求項１記載の複合式のピストン。

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